淺談鋁合金薄板材的焊接措施

李朝陽

（中國電建集團(tuán)湖北工程有限公司 湖北 武漢 430040）

淺談鋁合金薄板材的焊接措施

李朝陽

（中國電建集團(tuán)湖北工程有限公司 湖北 武漢 430040）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋁合金的焊接技術(shù)在一定程度上取得了很大的進(jìn)步，除了較為常用的MIG焊（熔化極惰性氣體保護(hù)焊）之外，等離子弧焊、真空電子束焊、激光焊、攪拌摩擦焊等的應(yīng)用也越來越廣泛。此類方法的推廣使得原本難以焊接的鋁合金材料獲得了高質(zhì)量的焊接產(chǎn)品，焊接技術(shù)的進(jìn)步對(duì)鋁合金的應(yīng)用及推廣有深遠(yuǎn)影響，本文將初步探討鋁合金薄板材的焊接措施，以供相關(guān)人士參考。

鋁合金；焊接；鋁合金的推廣

近年來，鋁合金的用途不斷滲透到各行各業(yè)，在電站工程、工民建工程、汽車制造業(yè)、造船業(yè)、容器制造業(yè)、體育器材業(yè)以及國防和航天航空都廣泛的應(yīng)用著鋁合金。據(jù)統(tǒng)計(jì)，市場(chǎng)上合金的產(chǎn)量?jī)H次于鋼鐵。鋁合金的快速推廣也使得鋁合金焊接技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，鋁合金由于自身的優(yōu)良特性，廣泛的應(yīng)用在各種焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，然而在鋁合金的焊接中仍存在一些難點(diǎn)，增加了實(shí)際工作中的難度。

1 鋁合金的特性

1.1 導(dǎo)熱率高，比熱容大

這一特性使得鋁合金在焊接時(shí)，電弧的熱量極易向周圍擴(kuò)散，為了保證焊接時(shí)的高溫，必然要消耗大量的能量。在焊接的過程中，若按照焊接鋼材的方式對(duì)鋁合金進(jìn)行焊接，往往會(huì)導(dǎo)致鋁合金過熱；若處在熔點(diǎn)左右的溫度，鋁并不變紅，稍有疏忽，會(huì)

影響焊道下垂，導(dǎo)致燒穿[1]。

1.2 還原性強(qiáng)

鋁的還原性較鋼材強(qiáng)，因此暴露在空氣中易與空氣里的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，表面產(chǎn)生一層氧化薄膜，這層薄膜的熔點(diǎn)極高，在后期的焊接過程中易產(chǎn)生缺陷[2]。

1.3 對(duì)H2敏感

鋼和鋁在電弧下的熔融溫度都在2000℃左右，在此高溫下鋁合金會(huì)吸收大量的H2，待溫度下降至凝固溫度鋁合金冷卻過程中，會(huì)因溶解度差釋放出H2，釋放的H2形成氣泡存在固相金屬中，相對(duì)于鋼，鋁在此過程中產(chǎn)生的H2氣泡為鋼材約40倍。

1.4 線膨脹系數(shù)大

鋁的這一特性主要表現(xiàn)在熱變形大及焊后變形大兩方面。若為了控制變形加大后板，鋁的輕量化這一優(yōu)勢(shì)將會(huì)喪失，因此基于鋁的這一特性，在實(shí)際工作中對(duì)熱輸入的控制當(dāng)嚴(yán)格把關(guān)[3]。

2 鋁合金薄板材焊接中存在問題

2.1 氣孔的產(chǎn)生

氣孔的產(chǎn)生是由于H2。焊接過程中不同來源的H2所占比例也不同，大致上包括保護(hù)氣體中原含有的H2、來自電極焊絲的H2、來自母材的H2和由于空氣卷入而產(chǎn)生的H2。氫在業(yè)態(tài)金屬中的溶解度隨溫度的變化幅度較大，加上鋁的導(dǎo)熱性能好，焊縫凝固時(shí)間短，導(dǎo)致H2來不及逸出鋁合金表面，形成氣孔。一般而言，鋁的純度越高產(chǎn)生氣孔的概率越大。

2.2 易開裂

鋁合金的凝固需要一定的溫度環(huán)境。在開始凝固時(shí)溫度較高，焊縫呈固液態(tài)，且液態(tài)金屬含量較多，此時(shí)未凝固的液態(tài)金屬可對(duì)收縮量進(jìn)行補(bǔ)充；凝固后期的溫度處于凝固溫度區(qū)間下限，焊縫呈固態(tài)，液態(tài)金屬含量少，以間層狀存在，易產(chǎn)生較大程度的收縮，加之沒有足夠的液體補(bǔ)充，導(dǎo)致形成裂紋。一般而言，純鋁不易產(chǎn)生凝固裂紋[4]。

2.3 熔化時(shí)無顏色變化

鋁液化的過程中沒有顏色變化，溫度稍高就會(huì)導(dǎo)致金屬塌陷熔池?zé)?。除此之外，由于鋁的表面有一層保護(hù)膜覆蓋，增加了液化過程中觀察母材熔化熔合的難度，稍有疏忽都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)接頭塌落。

3 鋁合金薄板材焊接措施

3.1 焊絲的選擇

焊絲的選擇，要優(yōu)先選擇大直徑規(guī)格的焊絲。對(duì)于6005A、6082、5083母材來說，一般選擇的焊絲牌號(hào)為 5087/Al-Ng4.5MnZr，5078焊絲因其良好的抗裂性能和抗氣孔性能，在實(shí)際工作中為鋁合金的焊接帶來了很多優(yōu)勢(shì)。一般而言，大規(guī)格焊絲的表面積較小焊絲小，在焊接過程中大規(guī)格焊絲的表面污染面較小焊絲小，能減少焊接過程的難度，焊接質(zhì)量更容易達(dá)到要求。不僅如此，大直徑的焊絲在送絲過程中更容易操作[5]。

3.2 保護(hù)氣體的選用

由于惰性氣體在化學(xué)上具有持久的中性，在高溫的情況下不與熔化的金屬或空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在鋁及鋁合金的電弧焊中會(huì)專門使用惰性氣體作為保護(hù)氣體。焊接中常選用的保護(hù)氣體有氬氣和氦氣，一般而言，焊接中采用的氬氣和氦氣純度都必須在99.99%以上，焊接時(shí)的保護(hù)氣體能夠有效的防止空氣進(jìn)入熔池，對(duì)處于高溫的金屬進(jìn)行保護(hù)。純氬氣的特點(diǎn)是電弧穩(wěn)定、引弧方便，氦氣的導(dǎo)熱性是氬氣的9倍，相比于氬氣，焊接速度更快，氣孔產(chǎn)生小，熔深增加。氣體的流量也要嚴(yán)格控制，過大造成紊流，導(dǎo)致熔池保護(hù)不充分，空氣進(jìn)入熔池與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)焊縫的性能造成一定的影響，易產(chǎn)生焊縫氣孔。

3.3 焊接前的清理工作

為了保證鋁合金的抗腐蝕能力，在焊接鋁合金前必須做好最干凈的準(zhǔn)備工作。大致包括三點(diǎn)：焊接前清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面氧化物、焊接過程中合格的保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)、焊接時(shí)及時(shí)用焊絲挑破熔池表面氧化膜。除此之外，焊接鋁合金應(yīng)該與焊鋼徹底區(qū)分，焊接使用的工具要嚴(yán)格分開，焊鋼用過的工具嚴(yán)禁和焊接鋁合金的工具混用；盡可能的使用不銹鋼刷或者丙酮清洗來處理焊縫區(qū)域的氧化膜雜質(zhì)，切忌用砂輪打磨（砂輪打磨只會(huì)使氧化膜與焊材表面融合，而不是真正意義上的清除，除此之外，打磨過程中一些砂輪上的雜質(zhì)也會(huì)進(jìn)入焊縫，導(dǎo)致熱裂紋）；鋁表面的氧化膜（Al2O3）在極短時(shí)間內(nèi)易重復(fù)生成，為避免氧化膜的堆積，清理完焊縫之后應(yīng)立即進(jìn)行施焊，以防影響焊縫的性能。

3.4 規(guī)范參數(shù)的選擇

鋁合金比鋼材的物化性能差，在實(shí)際工作中要根據(jù)鋁合金的焊接特性確定其焊接的規(guī)范參數(shù)。鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)大，散熱較快，在相同的焊接速度下，鋁合金焊接時(shí)輸入的熱量約為鋼材的2～4倍，焊接時(shí)如果輸入的熱量不夠，容易導(dǎo)致熔深不足甚至未熔合，尤其是在焊縫起頭的部位。

3.5 工裝的選用

為減小工裝與工件的接觸面積，鋁合金焊接最好選用點(diǎn)接觸的形式。工裝與工件的面接觸會(huì)帶走工件熱量，加速熔池的凝固，不利于焊縫氣孔的排放。對(duì)工裝液壓系統(tǒng)的壓力控制在9～ 9.5MPa左右為宜，壓力過小或過大，都達(dá)不到焊接的預(yù)期效果，加之鋁合金的線膨脹系數(shù)大，焊接過程中產(chǎn)生的較大熱應(yīng)力可能會(huì)引起鋁合金結(jié)構(gòu)的開裂。

3.6 焊后的清理工作

鋁合金焊接后的清理工作是一項(xiàng)重要的措施，能夠?qū)︿X合金進(jìn)行有效的保護(hù)，提高焊接的質(zhì)量，具體措施如下：

（1）在熱水中用硬毛刷對(duì)焊接接頭進(jìn)行有效的清洗；

（2）將焊件置于2～3%的鉻酐水溶液或重鉻酸鉀溶液，溫度控制在60～80℃左右，用硬毛刷進(jìn)行清洗5～10min。若是在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸溶液中，則溫度控制為15～20℃，浸洗時(shí)間為10～20min；

（3）用熱空氣吹干焊件或干燥箱內(nèi)烘干（溫度控制在100℃左右）。

4 結(jié)束語

隨著激光焊、電弧復(fù)合焊、雙束激光焊及摩擦攪拌焊的使用越來越廣泛，鋁合金焊接技術(shù)也得到了進(jìn)一步的提升。焊接技術(shù)是鋁合金在工業(yè)領(lǐng)域中擴(kuò)大應(yīng)用范圍的關(guān)鍵技術(shù)之一，必須得到進(jìn)一步的發(fā)展。隨著新的焊機(jī)技術(shù)及新工藝的不斷成熟，必將取代原本傳統(tǒng)的TIG焊和MIG焊，鋁合金產(chǎn)品的質(zhì)量也將提升到新的高度。落實(shí)到相關(guān)的工作人員身上，必須在實(shí)際工作中認(rèn)真負(fù)責(zé)，減少工作中的誤差，只有每一個(gè)人都明白自己的使命所在，才能將工作做到最好，走向鋁合金行業(yè)更高更新的舞臺(tái)。

[1]張文毓.鋁合金焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J].輕金屬.2013，04（15）：53～56.

[2]楊淑芳，樓松年，薛小懷.鋁合金焊接技術(shù)[J].造船技術(shù)，2013，05（28）：27～30.

[3]楊宗輝，孫孝純.現(xiàn)代鋁合金焊接技術(shù)[J].鋁加工，2013，06（11）：19～24.

[4]農(nóng)琪，謝業(yè)東，金長(zhǎng)義，鄧開豪，石秋紅.鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J].熱加工工藝，2013，09（20）：160～165.

[5]龐濤.鋁合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江科技信息，2009，14（22）：33～34.

TG44

A

1673-0038（2015）37-0271-02

2015-8-13

李朝陽（1981-），男，湖北武漢人，工程師，本科，從事電力工程管理及開發(fā)工作。